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半导体工艺简介与过程控制

一、晶体生长与晶圆制作

硅晶圆(siliconwafer)是一切集成电路芯片的制作母材。既然说到晶体，显然是经

过纯炼与结晶的程序。目前晶体化的制程，大多是采「柴可拉斯基」(Czycrasky)直拉晶

法(CZ法)。拉晶时，将特定晶向(orientation)的晶种(seed)，浸入过饱和的纯硅熔汤

(Melt)中，并同时旋转拉出，硅原子便依照晶种晶向，乖乖地一层层成长上去，而得出所

谓的晶棒(ingot)。晶棒的阻值如果太低，代表其中导电杂质(impuritydopant)太多，

还需经过区熔法(floating-zone，FZ法)的再结晶(re-crystallization)，将杂质逐出，

提高纯度与阻值。

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拉出的晶棒，外缘像椰子树干般，外径不甚一致，需予以机械加工修边，然后以X光

绕射法，定出主切面(primaryflat)的所在，磨出该平面；再以内刃环锯，削下一片片

的硅晶圆。最后经过粗磨(lapping)、化学蚀平(chemicaletching)与抛光(polishing)

等程序，得出具表面粗糙度在0.3微米以下抛光面之晶圆。(至于晶圆厚度，与其外径有关。)

刚才提及的晶向，与硅晶体的原子结构有关。硅晶体结构是所谓「钻石结构」

(diamond-structure)，系由两组面心结构(FCC)，相距(1/4,1/4,1/4)晶格常数

(latticeconstant；即立方晶格边长)叠合而成。我们依米勒指针法(Millerindex)，

可定义出诸如：{100}、{111}、{110}等晶面。所以晶圆也因之有{100}、{111}、{110}

等之分。现今半导体业所使用之硅晶圆，大多以{100}硅晶圆为主。其可依导电杂质之种

类，再分为p型(周期表III族)与n型(周期表V族)。由于硅晶外貌完全相同，晶圆制

造厂因此在制作过程中，加工了供辨识的记号：亦即以是否有次要切面(secondaryflat)

来分辨。该次切面与主切面垂直，p型晶圆有之，而n型则没有。

{100}硅晶圆循平行或垂直主切面方向而断裂整齐的特性，所以很容易切成矩形碎块，

这是早期晶圆切割时，可用刮晶机(scriber)的原因(它并无真正切断芯片，而只在表面

刮出裂痕，再加以外力而整齐断开之)。事实上，硅晶的自然断裂面是{111}，所以虽然得

到矩形的碎芯片，但断裂面却不与{100}晶面垂直！

以下是订购硅晶圆时，所需说明的规格：项目说明

晶面{100}、{111}、{110}〒1o

外径(寸)3456

厚度(微米)300~450450~600550~650600~750(〒25)

杂质p型、n型

阻值(Ω-cm)0.01(低阻值)~100(高阻值)

制作方式CZ、FZ(高阻值)

抛光面单面、双面

平坦度(埃)300~3,000

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二、硅的氧化

硅平面工艺中的氧化工艺，就是在硅表面上生长一层Si0薄膜的技术。这层薄膜的用

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途主要是：保护和钝化半导体表面；作为杂质选择扩散的掩蔽层；用于